(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハに含まれる不純物の濃度を測定する不純物濃度測定方法であって、
（Ａ）前記ウェハに対して、格子位置に存在する炭素原子を格子間位置に移動させるエネルギーを有する電子線を照射する工程と、
（Ｂ）前記工程（Ａ）の後に、前記ウェハに対してフォトルミネセンス法を実施することにより、前記ウェハを構成する元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第一の強度と、前記不純物の元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第二の強度とを、取得する工程と、
（Ｃ）前記第一の強度と、前記第二の強度と、予め用意されている検量線とを用いて、前記ウェハにおける前記不純物の濃度を測定する工程とを、備える、
ことを特徴とする不純物濃度測定方法。
【請求項２】
（ａ）前記不純物の濃度が既知である、少なくとも２種類の準備ウェハを用意し、
（ｂ）各前記準備ウェハに対して、電子線を照射し、
（ｃ）前記電子線を照射後に、前記各準備ウェハに対してフォトルミネセンス法を実施することにより、前記準備ウェハを構成する元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第三の強度と、前記不純物の元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第四の強度とを、前記各準備ウェハ毎に取得し、
（ｄ）前記各準備ウェハ毎に、前記第三の強度と前記第四の強度との強度比を、算出し、
（ｅ）前記各準備ウェハに対する前記強度比と前記各準備ウェハに含まれる前記不純物の濃度とから、前記検量線を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の不純物濃度測定方法。
【請求項３】
前記工程（Ｃ）は、
前記第一の強度と前記第二の強度との強度比を算出し、当該算出した強度比と前記検量線との交点から、前記不純物の濃度を測定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の不純物濃度測定方法。
【請求項４】
前記ウェハを構成する元素は、
シリコンであり、
前記不純物の元素は、
炭素であり、
前記第一の強度の測定とは、
フォトルミネセンススペクトルから、１１３０ｎｍ±５ｎｍに現れるピークを検出することにより、実施され、
前記第二の強度の測定とは、
前記フォトルミネセンススペクトルから、１２８０ｎｍ±５ｎｍに現れるピークを検出することにより、実施される、
ことを特徴とする請求項３に記載の不純物濃度測定方法。
【請求項５】
前記工程（Ｂ）は、
絶対温度３０ケルビン以下に冷却された前記ウェハに対して、実施する、
ことを特徴とする請求項４に記載の不純物濃度測定方法。
【請求項６】
前記ウェハの表面内には、
イオン注入層が形成されており、
前記工程（Ｂ）は、
前記ウェハに対して、前記シリコンのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光を照射する、前記フォトルミネセンス法を実施する工程である、
ことを特徴とする請求項４に記載の不純物濃度測定方法。
【請求項７】
前記ウェハの表面には、
エピタキシャル層が形成されており、
前記工程（Ｂ）は、
前記ウェハに対して、６３３ｎｍ以下の波長を有する光を照射する、前記フォトルミネセンス法を実施する工程である、
ことを特徴とする請求項４に記載の不純物濃度測定方法。
【請求項８】
ウェハに含まれる不純物の濃度を測定する不純物濃度測定装置であって、
前記ウェハが設置されるステージと、
前記ステージに載置されたウェハに照射する、格子位置に存在する炭素原子を格子間位置に移動させるエネルギーを有する電子線を発生する電子線発生部と、
前記ステージに載置された前記ウェハに対する光の照射を行う光源部と、
前記光源部からの前記光の照射を受けた前記ウェハから出射されるフォトルミネセンスを検出する、検出器と、
前記検出器からの検出結果と、予め設定されている検量線とから、前記ウェハに含まれ前記不純物の濃度を決定する、計算機部とを、備えている、
ことを特徴とする不純物濃度測定装置。
【請求項９】
前記ステージに配設される冷却部を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項８に記載の不純物濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハに含まれる不純物の濃度を測定する不純物濃度測定方法および不純物濃度測定装置に関するものであり、たとえば、シリコンウェハに含まれる炭素の濃度を測定する際に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスの基板として広く用いられるシリコン単結晶には、炭素不純物が含まれている。炭素不純物は、半導体デバイス特性に大きな影響を与えるので、シリコンウェハに含まれる炭素の含有量を把握することは重要である。シリコンウェハに含まれる炭素の濃度を測定する方法として、赤外吸光法を利用した技術が存在する（たとえば、特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献１に係る技術では、赤外吸収法を用いて、シリコン単結晶中の置換型炭素による赤外線吸収ピーク強度から、炭素濃度を測定している。また、特許文献２に係る技術では、赤外吸収法を用いて、シリコン単結晶中の炭素−酸素複合体による赤外線吸収ピーク強度から、炭素濃度を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１９４３１０号公報
【特許文献２】特開２００３−７５３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、赤外吸収法を用いた不純物濃度の測定方法では、試料（ウェハ）厚が薄い場合には、赤外線の吸収量が減少し、吸収ピークを検出することができない。このため、赤外吸収法を用いた不純物濃度の測定方法では、ウェハの厚さは数ｍｍ程度必要であった。
【０００６】
パワーデバイスの基板として用いるシリコン単結晶ウェハは、薄厚であり、せいぜい試料厚６５０μｍ程度である。つまり、赤外吸収法を用いた不純物濃度の測定方法では、測定対象がこのような薄厚のウェハの場合には、ウェハに含まれる低濃度の不純物が測定できない。つまり、ウェハの厚さが薄い場合には、当該測定方法では、当該ウェハに含まれる低濃度の不純物は測定できない。
【０００７】
また、ウェハの表層におけるキャリア濃度が高い場合には、当該表層により赤外線が反射される。このため、赤外吸収法を用いた不純物濃度の測定方法では、測定対象が、表層に対してイオン注入もしくは不純物拡散により形成された低抵抗層をもつウェアである場合には、表層よりも内部に含まれるウェハの不純物の濃度を測定することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、ウェハの厚さが薄い場合であっても、低濃度の不純物を含有しているウェハに対しても不純物濃度を正確に測定できる、不純物濃度測定方法および不純物濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、表層にイオン注入層が形成されているウェハに対しても不純物濃度を正確に測定できる、不純物濃度測定方法および不純物濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に不純物濃度測定方法は、ウェハに含まれる不純物の濃度を測定する不純物濃度測定方法であって、（Ａ）前記ウェハに対して、格子位置に存在する炭素原子を格子間位置に移動させるエネルギーを有する電子線を照射する工程と、（Ｂ）前記工程（Ａ）の後に、前記ウェハに対してフォトルミネセンス法を実施することにより、前記ウェハを構成する元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第一の強度と、前記不純物の元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第二の強度とを、取得する工程と、（Ｃ）前記第一の強度と、前記第二の強度と、予め用意されている検量線とを用いて、前記ウェハにおける前記不純物の濃度を測定する工程とを、備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の不純物濃度測定方法は、ウェハに含まれる不純物の濃度を測定する不純物濃度測定方法であって、（Ａ）前記ウェハに対して、格子位置に存在する炭素原子を格子間位置に移動させるエネルギーを有する電子線を照射する工程と、（Ｂ）前記工程（Ａ）の後に、前記ウェハに対してフォトルミネセンス法を実施することにより、前記ウェハを構成する元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第一の強度と、前記不純物の元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第二の強度とを、取得する工程と、（Ｃ）前記第一の強度と、前記第二の強度と、予め用意されている検量線とを用いて、前記ウェハにおける前記不純物の濃度を測定する工程とを、備える。
【００１２】
このように、本発明では、赤外線吸収法でなく、フォトルミネセンス法を利用している。したがって、ウェハの厚さが薄い場合であっても、低濃度の不純物を含有しているウェハに対しても不純物濃度を正確に測定できる。また、本発明では、ウェハに対してフォトルミネセンス法を施す前に、電子線照射処理を当該ウェハに対して施している。当該電子線照射処理により、不純物をフォトルミネセンスで検出可能な状態に変化させることができる。このように、本発明では、ウェハに対して電子線照射を行った後に、フォトルミネセンス法を施すことにより、ウェハに含まれる不純物濃度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る不純物濃度測定装置１００の構成を模式的に示した斜視図である。
【図２】ウェハステージ９の構成を示す拡大平面図である。
【図３】本発明に係る不純物濃度測定方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】電子線照射後のフォトルミネセンススペクトルを示す図である。
【図５】検量線の作成方法を説明するための図である。
【図６】電子線照射を行わない場合のフォトルミネセンススペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る不純物濃度測定装置１００の構成を、模式的に示した斜視図である。以下、不純物濃度測定装置１００が備える各構成要素について、図１を参照して説明する。
【００１６】
不純物濃度測定装置１００は、電子線発生部１、水平方向ビーム掃引電極２、垂直方向ビーム掃引電極３、ビームシャッター４、真空ポンプ５、筐体６、ゲートバルブ７、ウェハステージ９、ステージ搬送部１０、レーザー光源１１、分光器１２、検出器１３、およびパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１４を、備えている。
【００１７】
電子線発生部１は、ウェハステージ９に載置されたウェハ８に対して照射する、電子線ＥＢを発生する。また、水平方向ビーム掃引電極２は、水平方向において、ウェハ８に向かう電子線ＥＢの進行方向を制御し、垂直方向ビーム掃引電極３は、垂直方向において、ウェハ８に向かう電子線ＥＢの進行方向を制御する。ビームシャッター４は、電子線ＥＢを遮るために使用される。真空ポンプ５は、不純物濃度測定装置１００における、電子線ＥＢの伝搬エリアおよびウェハ８の配設エリアの真空排気を行なう。筐体６は、電子線ＥＢの伝搬エリアを真空に保持する。
【００１８】
ゲートバルブ７は、電子線ＥＢの発生領域と電線ＥＢのサンプル導入領域との真空を分離する。ウェハステージ９は、サンプルであるウェハ８を載置・固定する。ステージ搬送部１０は、ウェハステージ９を真空中に入れるために使用される。レーザー光源１１は、ウェハステージ９に載置されたウェハ８に、レーザー光線１８を照射する。分光器１２は、ウェハステージ９に載置されたウェハ８から出射される、フォトルミネセンス１９を分光する。検出器１３は、分光器１２で分光されたフォトルミネセンス１９を検出する。そして、ＰＣ１４は、検出器１３で検出されたフォトルミネセンス１９から、不純物の濃度を求める。
【００１９】
不純物濃度測定装置１００では、ビームシャッター４およびゲートバルブ７をオープンにした状態で、電子線発生部１で電子線ＥＢを発生させる。これにより、ウェハステージ９に固定載置されているウェハ８に対して、直接に（つまり、後述するガラス窓を介することなく）、均一な電子線ＥＢが照射される。なお、電子線ＥＢは、ウェハ８を貫通する。
【００２０】
図２は、ウェハステージ９の構成を示す拡大平面図である。ここで、図２に示すウェハステージ９は、レーザー光線１８の照射側から眺めた平面図である。
【００２１】
図１，２に示すように、ウェハステージ９には、冷媒が循環する冷却部１６が配設されている。当該冷却部１６に、液体ヘリウムなどの冷媒を循環させることにより、ウェハ８を含めてウェハステージ９全体を、低温にすることができる。
【００２２】
また、図２に示すように、ウェハステージ９のレーザー光線１８照射側には、可視光を透過するガラス窓１７が設けられている。同様に、ステージ搬送部１０のレーザー光線１８照射側においても、可視光を透過するガラス窓が設けられている（図１において、図示省略）。
【００２３】
レーザー光源１１から出射されたレーザー光線１８は、ステージ搬送部１０のガラス窓およびウェハステージ９のガラス窓１７を透過して、ウェハステージ９に載置されているウェハ８に照射される。
【００２４】
また、レーザー光線１８の照射を受けたウェハ８は、フォトルミネセンス１９を出射する。当該フォトルミネセンス１９は、ウェハステージ９のガラス窓１７およびステージ搬送部１０のガラス窓を透過する。当該透過後のフォトルミネセンス１９は、分光器１２で分光された後、検出器１３で検出される。当該検出されたフォトルミネセンス１９を利用して、ＰＣ１４では、不純物濃度が算出される。
【００２５】
以下、図３に示すフローチャートを用いて、本実施の形態に係る不純物濃度測定装置１００の動作について説明する。ここで、以下の説明では、ウェハ８は、シリコン単結晶ウェハであり、当該ウェハ８に不純物として含まれる炭素の濃度を測定する場合について、言及する。
【００２６】
ウェハステージ９にウェハ８が載置・固定され、ステージ搬送部１０により、当該ウェハ８を、電子線ＥＢの照射位置へ移動させる。（図１参照）。ここで、ウェハ８は、電子線ＥＢの照射位置において、真空ポンプ５により低圧力状態となった空間に、配置される。
【００２７】
当該状態において、電子線発生部１は、高エネルギー（加速電圧：数百ｋｅＶ以上）の電子線ＥＢを発生する。当該電子線ＥＢは、真空ポンプ５により低圧力状態となった空間に出射され、水平方向ビーム掃引電極２および垂直方向ビーム掃引電極３により、伝搬方向が調整される。当該伝搬方向が調整された電子線ＥＢは、真空ポンプ５により低圧力状態となった筐体６内を伝搬し、ウェハ８に対して照射される（ステップＳＴ１）。つまり、高エネルギーの電子線ＥＢを、ウェハ８に照射する。
【００２８】
当該ウェハ８に対する電子線ＥＢの照射により、シリコン単結晶ウェハ８における炭素を、フォトルミネセンスで検出可能な状態に変化させる。つまり、格子位置に存在する炭素原子を、格子間位置に移動させる。
【００２９】
次に、冷却部１６に対して冷媒（たとえば、液体ヘリウム）を循環させる（ステップＳＴ２）。当該ステップＳＴ２の冷却処理により、ウェハステージ９に載置されているウェハ８は、冷却される。
【００３０】
ウェハ８を低温状態にすることにより、炭素のフォトルミネセンスは良好に検出される。したがって、当該ステップＳＴ２の冷却処理を行うことが望ましい。ここで、炭素のフォトルミネセンスの良好な検出のために、ウェハ８を絶対温度３０ケルビン以下に低下させることが望ましい。
【００３１】
なお、図３のフローチャートでは、電子線ＥＢの照射後にウェハ８の冷却処理を実施している。しかしながら、電子線ＥＢの照射前および／または電子線ＲＢの照射中に、ウェハ８の冷却処理を実施しても良い。ここで、上記各冷却処理は、炭素濃度測定が終了するまで実施される。
【００３２】
次に、レーザー光源１１から、レーザー光線１８を出射させる（当該レーザー光線１８は、たとえば、ウェハ８を構成しているシリコンのバンドギャップ以上のエネルギーを有する波長である）。そして、当該レーザー光線１８を、ウェハステージ９に載置されているウェハ８に対して照射させる（ステップＳＴ３）。
【００３３】
ここで、電子線ＥＢの照射は、ウェハ８の第一の主面に対して実施され、当該レーザー光線１８の照射は、第一の主面に対向するウェハ８の第二の主面に対して実施される。なお、上記の通り、レーザー光線１８は、各ガラス窓１７を透過した後に、ウェハ８の第二の主面に照射する。
【００３４】
レーザー光線１８の照射を受けたウェハ８は、第二の主面側からフォトルミネセンス１９を出射する。当該フォトルミネセンス１９は、上記の通り、各ガラス窓１７を透過した後、分光器１２で受光される。フォトルミネセンス１９は、分光器１２で分光された後、検出器１３で検出される。当該検出器１３におけるフォトルミネセンス１９の検出により、ＰＣ１４、図４に示すようなフォトルミネセンススペクトルを取得する（ステップＳＴ４）。
【００３５】
ここで、図４において、縦軸は、フォトルミネセンス１９の強度（カウント）であり、横軸は、フォトルミネセンス１９の波長（ｎｍ）である。なお、図４は、０．０５ｐｐｍ以下の炭素濃度を有するウェハ８からのフォトルミネセンススペクトルである。
【００３６】
図４には、１２８０ｎｍ±５ｎｍおよび１１３０ｎｍ±５ｎｍに各々、ピークが形成されている。ここで、１２８０ｎｍ±５ｎｍのピーク（Ｇ線）が、炭素由来のフォトルミネセンスであり、１１３０ｎｍ±５ｎｍのピーク（ＴＯ線）が、シリコン由来のルミネセンスである。
【００３７】
なお、図４のフォトルミネセンススペクトルには、上記Ｇ線およびＴＯ線の他に、ＴＡ線、ＴＯ＋ＯΓ線、レーザー光線１８に由来するプラズマ線、およびＧ線のフォノンレプリカなども、現れている。
【００３８】
上記の通り、ステップＳＴ３，ＳＴ４に示したフォトルミネセンス法をウェハ８に施し、ＰＣ１４が、図４に示すようなフォトルミネセンススペクトルを取得する。その後、当該ＰＣ１４は、当該フォトルミネセンススペクトルから、ウェハ８を構成する元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第一の強度と、ウェハ８に含有されている不純物の元素に由来するフォトルミネセンスの強度である第二の強度とを、取得する（ステップＳＴ５）。
【００３９】
ここでの動作の説明では、炭素が含有されているシリコン単結晶ウェハ８が測定対象であるので、当該動作の説明では、第一の強度は、シリコン由来のルミネセンスであるＴＯ線の強度であり、第二の強度は、炭素由来のフォトルミネセンスであるＧ線の強度である。
【００４０】
次に、ＰＣ１４は、上記で取得した第一の強度、上記で取得した第二の強度、および予め設定されている検量線を用いて、ウェハ８に含まれる不純物（炭素）の含有濃度を求める（ステップＳＴ６）。
【００４１】
第二の強度を第一の強度で割った値（第二の強度／第一の強度）であるフォトルミネセンス強度比は、ウェハ８内に含まれる不純物の濃度に比例する。したがって、ステップＳＴ６では、ＰＣ１４は、当該フォトルミネセンス強度比と検量線とを用いて、ウェハ８内の不純物濃度を求める。
【００４２】
検量線は、不純物濃度とフォトルミネセンス強度比との比例関係を示す線であり、次の要領で、当該検量線は予め用意される。
【００４３】
まず、含有不純物濃度が異なる、２種類以上の準備ウェハ（当該準備ウェハの構成元素は、ウェハ８の構成元素と同じである）を用意する。ここで、当該説明では、２種類以上のシリコン単結晶ウェハを準備ウェハとして用意し、各準備ウェハには、各々異なる濃度の炭素が含有されている。ここで、検量線の精度向上の観点からは、準備ウェハの数を多い方が好ましい。
【００４４】
さらに、２次イオン質量分析法などを利用して、各準備ウェハに含有されている不純物（炭素）の濃度を測定しておく。つまり、各準備ウェハは、含有不純物濃度（炭素濃度）を既知の状態にしておく。ここで、２次イオン質量分析法で検出可能な、不純物濃度（炭素濃度）の範囲は、０．０２ｐｐｍ〜０．２ｐｐｍ程度である。
【００４５】
次に、当該不純物濃度が既知である各準備ウェハに対して、図１の不純物濃度測定装置１００を利用して、図３で示したステップＳＴ１〜ＳＴ４の各処理を実施する。当該各処理の結果、各準備ウェハに対して、フォトルミネセンススペクトルが取得される。
【００４６】
そして、準備ウェハに対する各フォトルミネセンススペクトルから、ステップＳＴ５と同様の方法により、各フォトルミネセンススペクトル毎に、第三の強度と第四の強度とを取得する。
【００４７】
ここで、第三の強度とは、準備ウェハを構成する元素（今の場合、シリコン）に由来するフォトルミネセンスの強度であり、第四の強度とは、準備ウェハに含有されている不純物の元素（今の場合、炭素）に由来するフォトルミネセンスの強度である。
【００４８】
次に、各フォトルミネセンススペクトル毎（つまり、各準備ウェハ毎）に、第四の強度を第三の強度で割った値（第四の強度／第三の強度）であるフォトルミネセンス強度比（以下、検量線作成用強度比と称する）を、求める。
【００４９】
さて、各準備ウェハ毎に、含有される炭素濃度は既知であり、検量線作成用強度比は求められた。そこで、横軸を不純物（炭素）濃度、縦軸を検量線作成用強度比（強度比）とした座標系に、各準備ウェハ毎に、既知の炭素濃度と求めた検量線作成用強度比との関係をポインティングする（図５参照）。そして、各ポインティングの箇所を通る直線（または近似線）を、全不純物濃度範囲に渡って作成する（図５参照）。
【００５０】
図５において、横軸が不純物（炭素）濃度であり、縦軸が検量線作成用強度比（または、フォトルミネセンス強度比であり、単に強度比と示す）である。また、図５において、「○」で示された部分が上記ポインティング箇所であり、各「○」部分を通る直線が、全不純物濃度（炭素濃度）範囲で、作成されている。当該作成した直線（近似線）が、検量線となる。
【００５１】
当該検量線は、一度作成すれば、各ウェハ８に対して共通に使用できる。
【００５２】
当該作成した検量線は、ウェハ８に対する濃度測定前に、ＰＣ１４に予め設定されている。さて、上記したように、ステップＳＴ６において、ＰＣ１４は、図３のステップＳＴ１〜ＤＴ５で求めたフォトルミネセンス強度比と、予め作成された検量線（図５）とを用いて、ウェハ８内の不純物濃度を求める。
【００５３】
上記したように、フォトルミネセンス強度比は、ウェハ８内に含まれる不純物の濃度に比例する。したがって、ステップＳＴ５で求めたフォトルミネセンス強度比と、検量線とが交差する点（図５の「×」印参照）を、ＰＣ１４は求める。当該交差する点の不純物（炭素）濃度の値が、ウェハ８に含有される不純物（炭素）の濃度である。
【００５４】
以上のように、本実施の形態に係る不純物濃度測定方法では、ウェハ８に対してフォトルミネセンス法を施し、その結果得られたフォトルミネセンス強度比と、予め用意されている検量線とを用いて、当該ウェハ８に含有されている不純物の濃度を測定している。
【００５５】
このように、赤外線吸収法でなく、フォトルミネセンス法を利用しているので、ウェハ８の厚さが薄い場合であっても、低濃度の不純物を含有しているウェハ８に対しても不純物濃度を正確に測定できる。たとえば、本実施の形態では、ウェハ８の厚さが数百μｍのオーダ以下であっても、当該ウェハ８に含まれる０．００５ｐｐｍ以下の不純物濃度も測定できる（図５に示す検量線の全範囲での濃度測定が可能となる）。
【００５６】
ここで、ステップＳＴ１の電子線照射処理を実施しない場合には、図６に示すように、シリコンの不純物炭素はフォトルミネセンスでは検出されない。つまり、ステップＳＴ１を実施しない場合には、図６のフォトルミネセンススペクトルにおいて、Ｇ線が検出されない。
【００５７】
そこで、本実施の形態に係る不純物濃度測定方法では、ウェハ８に対してフォトルミネセンス法を施す前に、ステップＳＴ１の電子線照射処理をウェハ８に対して施している。当該ステップＳＴ１の処理により、不純物（炭素）をフォトルミネセンスで検出可能な状態に変化させることができる。つまり、当該ステップＳＴ１の処理により、格子位置に存在する不純物元素（炭素原子）を格子間位置に移動させることが可能となる（つまり、不純物を光学活性状態にする）。
【００５８】
このように、本発明では、ウェハ８に対して電子線照射を行った後に、フォトルミネセンス法を施すことにより、ウェハ８に含まれる不純物濃度の測定が可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態に係る不純物濃度測定方法では、冷却部１６により絶対温度３０ケルビン以下にまで冷却されたウェハ８に対して、フォトルミネセンス法が実施されている。したがって、ウェハ８に含まれる炭素のフォトルミネセンスを、良好に検出することができる。
【００６０】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、表面内にイオン注入層が形成されているシリコン単結晶ウェハ８が、不純物濃度の測定対象である。当該測定対象の場合において、実施の形態１で説明したフォトルミネセンス法の一工程であるステップＳＴ３処理では、シリコンのバンドギャップ以上のエネルギーを有するレーザー光線１８を、上記イオン注入層を有するシリコン単結晶ウェハ８に対して照射する。
【００６１】
たとえば、上記イオン注入層を有するシリコン単結晶ウェハ８に対して、波長１０００ｎｍ以下のレーザー光線１８を照射する。ここで、当該シリコン単結晶ウェハ８は、イオン注入層が図２で示したガラス窓１７に面するように、載置・固定されている。つまり、イオン注入層から、レーザー光線１８が照射される。
【００６２】
上記以外の工程は、実施の形態１で説明した内容と同じである。なお、本実施の形態においても、第一の強度は、シリコン由来のルミネセンスであるＴＯ線の強度であり、第二の強度は、炭素由来のフォトルミネセンスであるＧ線の強度である。また、実施の形態１で説明した検量線を用いる。
【００６３】
このように、シリコンのバンドギャップ以上のエネルギーを有するレーザー光線１８を、上記イオン注入層を有するシリコン単結晶ウェハ８に対して照射することにより、レーザー光線１８がイオン注入層で反射されることを防止できる。よって、レーザー光線１８は、シリコン単結晶ウェハ８の内部まで到達し、当該内部における炭素濃度の測定が可能となる。つまり、本実施の形態により、表面内にイオン注入層が形成されているシリコンウェハ８に対する、炭素濃度測定が可能となる。
【００６４】
＜実施の形態３＞
本実施の形態では、エピウェハ８が不純物濃度の測定対象である。エピウェハ８は、シリコン単結晶ウェハの表面にエピタキシャル膜が形成されている。具体的に、本実施の形態では、エピウェハ９において、エピタキシャル膜内に含有されている炭素濃度を測定する。
【００６５】
ここで、上記エピタキシャル膜は、シリコン単結晶ウェハ上において、エピタキシャル成長により形成された膜である。当該エピタキシャル膜の膜厚は、数μｍ程度と薄厚である。
【００６６】
レーザー光源１１から出射するレーザー光線１８の波長を短くすることで、エピウェハ８におけるエピタキシャル膜のみの炭素濃度を、測定することができる。そこで、当該測定対象の場合において、実施の形態１で説明したフォトルミネセンス法の一工程であるステップＳＴ３処理では、波長６３３ｎｍ以下であるレーザー光線１８を、上記エピウェハ８に対して照射する。
【００６７】
ここで、当該エピウェハ８は、エピタキシャル膜が図２で示したガラス窓１７に面するように、載置・固定されている。つまり、エピタキシャル膜から、レーザー光線１８が照射される。
【００６８】
上記以外の工程は、実施の形態１で説明した内容と同じである。なお、本実施の形態においても、第一の強度は、シリコン由来のルミネセンスであるＴＯ線の強度であり、第二の強度は、炭素由来のフォトルミネセンスであるＧ線の強度である。また、実施の形態１で説明した検量線を用いる。
【００６９】
このように、波長６３３ｎｍ以下であるレーザー光線１８を、上記エピウェハ８に対して照射することにより、当該レーザー光線１８は、エピウェハ８の表面から数μｍ（たとえば、３μｍ程度）の距離のみ侵入する。つまり、本実施の形態により、シリコン単結晶ウェハの表面に形成されている、膜厚の薄いエピタキシャル膜内の炭素濃度が、測定可能となる。
【００７０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  電子線発生部、２  水平方向ビーム掃引電極、３  垂直方向ビーム掃引電極、４  ビームシャッター、５  真空ポンプ、６  筐体、７  ゲートバルブ、８  ウェハ（エピウェハ）、９  ウェハステージ、１０  ステージ搬送部、１１  レーザー光源、１２  分光器、１３  検出器、１４  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、１６  冷却部、１７  ガラス窓、１８  レーザー光線、１９  フォトルミネセンス、ＥＢ  電子線、１００  不純物濃度測定装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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